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正文內(nèi)容

本科畢業(yè)論文-中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-02-14 15:14 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 面分析了國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀,提出了本論文研究的主要內(nèi)容及意義。 第二章——空調(diào)控制系統(tǒng)的原理及構(gòu)成。從空調(diào)的溫、濕度控制兩個(gè)方面分析了集中式空調(diào)的基本原理及控制要求,同時(shí)給出了空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。 第三章——空調(diào)控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的建模。利用機(jī)理法建立了空調(diào)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型并給出了根據(jù)空調(diào)房間的二維尺寸對其特性參數(shù)進(jìn)行了估算的方法。 第四章——常規(guī) PID控制及仿真。在分析了控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上對溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行 PID參數(shù)整定并仿真研究,包括系統(tǒng)的抗干擾性和魯棒性。 6第二章 空調(diào)控制系統(tǒng)的原理及構(gòu)成 空調(diào)系統(tǒng)的原理 要討論空調(diào)控制技術(shù),就必須對控制對象即空調(diào)系統(tǒng)有全面、深入的了解。只有掌握了其原理、特性、要達(dá)到的目的及實(shí)現(xiàn)手段才能決定采用何種控制策略。本文在此先對空調(diào)系統(tǒng)原理及組成作一介紹。空氣調(diào)節(jié),就是把經(jīng)過一定處理之后的空氣,以一定方式送入室內(nèi),將室內(nèi)空氣的溫濕度、流動(dòng)速度和潔凈度等控制在一定范圍內(nèi)。影響室內(nèi)空氣環(huán)境參數(shù)的變化,主要是由以下兩方面造成的。一是外部原因,如太陽輻射和外界氣候條件的變化;另一方面是內(nèi)部原因,如室內(nèi)人和設(shè)備產(chǎn)生的熱、濕和其它有害物質(zhì)。當(dāng)室內(nèi)空氣參數(shù)偏離了規(guī)定值時(shí)。就需要采取相應(yīng)的空氣調(diào)節(jié)措施和方法,使其恢復(fù)到規(guī)定的要求。 一般的空調(diào)系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分: (1)進(jìn)風(fēng)部分:根據(jù)生理衛(wèi)生對空氣新鮮度的要求,空調(diào)系統(tǒng)必須有一部分空氣取自室外,常稱新風(fēng)。進(jìn)風(fēng)口連同引入通道和阻止外來異物的結(jié)構(gòu)等,組成了進(jìn)風(fēng)部分。 (2)空氣過濾部分:由進(jìn)風(fēng)部分取入的新風(fēng),必須經(jīng)過一次預(yù)過濾,以除去顆粒較大的塵埃。一般空調(diào)系統(tǒng)都裝有預(yù)過濾器和主過濾器兩級過濾裝置。根據(jù)過濾的效率不同可以分為初效過濾器、中效過濾器和高效過濾器。 (3)空氣的熱濕處理部分:將空氣加熱、冷卻、加濕和減濕等不同的處理過程組合在一起統(tǒng)稱為空調(diào)系統(tǒng)的熱濕處理部分。熱濕處理設(shè)備主要有兩大類型:直接接觸式和表面式。 直接接觸式:與空氣進(jìn)行熱濕交換的介質(zhì)直接和被處理的空氣接觸,通常是將其噴淋到被處理的空氣中。噴水室、蒸汽加濕器、局部補(bǔ)充加濕裝置以及使用固體吸濕劑的設(shè)備均屬于這一類。表面式:與空氣進(jìn)行熱濕交換的介質(zhì)不和空氣直接接觸,熱濕交換是通過處理設(shè)備的表面進(jìn)行的。表面式換熱器即我們簡稱的表冷器就屬于這一類。(4)空氣輸送和分配部分:將調(diào)節(jié)好的空氣均勻地輸入和分配到空調(diào)房間內(nèi),以保證其合適的溫度場和速度場。這是空調(diào)系統(tǒng)空氣輸送和分配部分的任務(wù),它由風(fēng)機(jī)和不同 7型式的管道組成。(5)冷熱源部分:為了保證空調(diào)系統(tǒng)具有加熱和冷卻能力,必須具備冷源和熱源兩部分。冷源有自然冷源和人工冷源兩種。自然冷源指深井水。熱源也有自然和人工兩種。自然熱源指地?zé)岷吞柲?。人工熱源是指用煤、煤氣等作燃料的鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽和熱水,目前應(yīng)用最為廣泛。 空氣調(diào)節(jié)的形式很多,按照空氣處理設(shè)備的設(shè)置情況,一般可分為:集中式空調(diào)系統(tǒng)(又稱中央空調(diào))、半集中式空調(diào)系統(tǒng)和全分散式空調(diào)系統(tǒng)。其中,集中式空調(diào)系統(tǒng)的所有空氣處理設(shè)備(包括風(fēng)機(jī)、冷卻器、加熱器、加濕器、過濾器等)都設(shè)在一個(gè)空調(diào)集中的空調(diào)機(jī)房內(nèi),其特點(diǎn)是,經(jīng)集中設(shè)備處理后的空氣,通過風(fēng)道分送到各空調(diào)房間,因而,系統(tǒng)便于集中管理、維護(hù)。此外還具有節(jié)能、衛(wèi)生、噪音小、使用方便等特點(diǎn),目前已被廣泛采用。 在集中式空調(diào)系統(tǒng)中,常見的是混風(fēng)式系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用一部分回風(fēng)與新鮮空氣相混合。這樣既保證了室內(nèi)空氣新鮮,又利用了回風(fēng)的能量,提高了設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。圖 。圖 典型的集中式空調(diào)系統(tǒng) 這種空氣處理機(jī)組能根據(jù)各種場合要求增減其中的部件,構(gòu)成各種形式的空氣處理設(shè)備。在不同的工況中,AHU ( Air Handling Unit)的部分部件可能不被使用。如在冬季加熱加濕工況下,表冷器是不工作的。而在夏季減溫減濕工況下,加熱器和加濕器是不工作的??照{(diào)器的進(jìn)風(fēng)通過風(fēng)閥取室外新風(fēng)和部分回風(fēng)混合,經(jīng)過濾網(wǎng)去除雜質(zhì)后送入熱交換段及加濕段,處理后符合溫濕度要求的空氣通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入送風(fēng)管,從而送到空調(diào)房間,使空調(diào)房間的溫濕度達(dá)到要求。部分回風(fēng)與新風(fēng)混合,對新風(fēng)預(yù)處理,以節(jié)約能源。 8 此外,當(dāng)室內(nèi)空氣余熱 Q值發(fā)生變化而又需要使室內(nèi)溫度保持不變時(shí),可將送風(fēng)量固定,而改變送風(fēng)溫度,這種空調(diào)系統(tǒng)稱為定風(fēng)量 CAV ( Constant Air Volume )系統(tǒng)。也可將送風(fēng)溫度固定,而改變送風(fēng)量,這種空調(diào)系統(tǒng)則稱為變風(fēng)量 VAV(Variable Air Volume)系統(tǒng)。本論文就是針對定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制部分進(jìn)行研究的。 中央空調(diào)系統(tǒng)的控制功能和要求空調(diào)系統(tǒng)控制的主要對象是:空氣溫度及相對濕度。下面分別從溫度和相對濕度兩個(gè)方面介紹空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 空氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 1.一般空氣的溫度調(diào)節(jié)有以下幾種方式 (1)夏季制冷 (2)冬季加熱 各種溫度控制方式都有其特點(diǎn),針對不同項(xiàng)目實(shí)際情況,要分析后采用合適的溫度控制方案。由于溫度控制分為夏季的冷卻和冬季的加熱兩種情況,其控制方式也會(huì)有所不同,下面分別加以介紹。 由于噴水室冷卻方式為開環(huán)系統(tǒng)會(huì)引起回水水質(zhì)下降且容易漏水,故目前基本不采用。本次只討論水冷式表面冷卻器的空氣溫度調(diào)節(jié)方法。 對于空氣冷卻調(diào)節(jié)一般有以下幾種方式: (1)水量的量調(diào)節(jié):利用雙通閥改變通過冷卻器的冷水量來調(diào)節(jié) (2)水溫的質(zhì)調(diào)節(jié):利用三通閥改變冷凍水和回水的混合比調(diào)節(jié)水溫 (3)調(diào)節(jié)通過冷卻器的風(fēng)量來調(diào)節(jié)最后混合后的送風(fēng)溫度 加熱方式選擇: 9 加熱一般有熱水加熱、蒸汽加熱、電加熱三種方式可以選擇。三種熱源發(fā)生方式及經(jīng)濟(jì)性比較如下表 。表 空調(diào)加熱方式比較加熱方式 熱源 特性 經(jīng)濟(jì)性熱水加熱 由熱泵機(jī)組提供 時(shí)滯長,反應(yīng)較慢,控制復(fù)雜 價(jià)格中蒸汽加熱 由當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)提供 熱源溫度、流量較穩(wěn)定,動(dòng)態(tài)特性中 價(jià)格低電加熱 通過電熱器提供 控制精度高,控制簡單 價(jià)格高從上表可看出,電加熱具有控制精度高、控制簡單的優(yōu)點(diǎn),但其熱效率低、浪費(fèi)能源、價(jià)格高,作為主調(diào)節(jié)不合適,一般用于恒溫室等對動(dòng)態(tài)特性要求特別高的區(qū)域的輔助調(diào)節(jié)手段。一般對動(dòng)態(tài)特性沒有特殊要求的,不考慮采用。由于當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)可以提供的蒸汽是一種廉價(jià)、穩(wěn)定的熱源,一般將其作為主調(diào)節(jié)手段。如果控制對象產(chǎn)生的熱擾動(dòng)較大,蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥全開仍不能滿足要求,為改善動(dòng)態(tài)特性,將啟動(dòng)熱泵機(jī)組提供熱水作為輔助調(diào)節(jié)。另外如果工業(yè)區(qū)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障,也可以將熱水加熱作為備用加熱方式。 空氣濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 空調(diào)系統(tǒng)中的相對濕度調(diào)節(jié),可以采用定露點(diǎn)(間接)和不定露點(diǎn)(直接)的控制方法。定露點(diǎn)法是采用使空氣經(jīng)噴水室后或噴水表面冷卻器后露點(diǎn)相對恒定的方法,使空調(diào)房間內(nèi)空氣的相對濕度保持在一定范圍內(nèi)。自動(dòng)控制點(diǎn)的露點(diǎn)一般是由空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)確定的。由于定露法不能反映室內(nèi)余濕量或相對濕度的變化,存在著室內(nèi)濕度的偏差,故此種方法一般用于室內(nèi)余濕量變化幅度較小的場合。 不定露點(diǎn)的直接控制方法,即用在房間內(nèi)及回風(fēng)管內(nèi)安裝的相對濕度傳感器,測量和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),以達(dá)到空調(diào)房間內(nèi)相對濕度控制的目的。在夏季,由于空氣濕度較大,需要降低濕度。而冬季由于空氣干燥,又需要加大濕度。這兩種功能可分別由水冷式表面冷卻器和蒸汽加濕來實(shí)現(xiàn)。 101.水冷式表面冷卻器的去濕控制 該去濕方法的原理其實(shí)就是冷卻,由于相對濕度較大的空氣其露點(diǎn)溫度高??諝饫鋮s降溫后,水蒸汽結(jié)露為水,從而降低空氣的濕度。在冬季空氣干燥或夏季高溫處于冷卻模式時(shí),基本都不需要強(qiáng)制去濕。而當(dāng)溫度不高,而濕度較大時(shí),則根據(jù)室內(nèi)濕度探測器的信號與設(shè)定值比較,根據(jù)其差值,調(diào)節(jié)冷凍水閥門開度,強(qiáng)制啟動(dòng)制冷模式,調(diào)低冷卻器出口的空氣溫度以滿足去濕要求。此時(shí),由于送風(fēng)溫度偏低,為滿足室內(nèi)溫度要求,根據(jù)溫度探測器的信號,可能要啟動(dòng)蒸汽加熱功能,以補(bǔ)償溫度的偏差。其工作原理如圖 。圖 水冷式表面冷卻器的去濕控制 2.噴蒸汽加濕的控制采用蒸汽加濕空調(diào)系統(tǒng),它是由裝于室內(nèi)的相對濕度傳感器 ME、電動(dòng)雙通調(diào)節(jié)閥MV、及相對濕度調(diào)節(jié)器 MC組成。它在調(diào)節(jié)過程中,根據(jù)濕度傳感器所測得的室內(nèi)相對濕度值,由調(diào)節(jié)器進(jìn)行比較、放大后發(fā)出調(diào)節(jié)信號,使電動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作,改變噴入空氣中的蒸汽量,達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的目的。示意圖如圖 。圖 噴蒸汽加濕控制 11 空調(diào)控制系統(tǒng)的要求 為達(dá)到要求的控制精度且便于用戶使用,中央空調(diào)控制系統(tǒng)必須完成以下主要功能: (1)空調(diào)區(qū)域溫、濕度檢測與顯示。根據(jù)空調(diào)區(qū)域的面積,采用若干個(gè)溫、濕度傳感器,將其信號取平均值計(jì)算。空調(diào)區(qū)域溫、濕度的自動(dòng)控制。 (2)新風(fēng)溫、濕度檢測與顯示。 (3)送、回風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)(開機(jī)/停機(jī))顯示,及其啟??刂?可通過自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式)、過載故障報(bào)警。 (4)送、回風(fēng)機(jī)與防火閥聯(lián)鎖,發(fā)生火災(zāi)時(shí)防火閥報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉送、回風(fēng)機(jī)與風(fēng)閥。 (5)過濾器過阻報(bào)警,提醒運(yùn)行人員及時(shí)清洗更換過濾器。 (6)自動(dòng)調(diào)節(jié)表冷器或加熱器上的三通閥和電動(dòng)風(fēng)閥的開度,以調(diào)節(jié)冷凍水或蒸汽的流量。中央空調(diào)系統(tǒng)對控制系統(tǒng)的要求一般可概括為對控制區(qū)域的溫濕度、新風(fēng)量、冷凍水流量的控制等幾個(gè)方面。其中,空氣處理機(jī)組是指集中在空調(diào)機(jī)房的集中式空氣處理設(shè)備,包括送、回風(fēng)機(jī)、過濾器、冷卻器或加熱器、加濕器等,它是整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分和核心??刂频哪繕?biāo)是將室內(nèi)的溫濕度參數(shù)保持在適宜的水平,并且盡量使系統(tǒng)的能耗最小。 空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成本論文討論采用 Lonworks現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。Lonworks 現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)是可靠性高、便于容錯(cuò)、全數(shù)字化、通信距離長、多節(jié)點(diǎn)、通信方式靈活、造價(jià)低廉、抗干擾能力強(qiáng)。本系統(tǒng)中用分布在現(xiàn)場被控設(shè)備處的多臺智能控制器(其核心為神經(jīng)元芯片)實(shí)現(xiàn)對被控設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于智能控制器分布在現(xiàn)場,控制功能較為明確,同時(shí)任何一臺智能控制器發(fā)生故障都不會(huì)影響其它設(shè)備的正常運(yùn)行,大大縮小了故障或事故的影響范圍,因此,可靠性大大提高。幾種有影響的現(xiàn)場總線技術(shù)的比較見表 。
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